基于网络分析仪提高低噪放的测量精度

假设低噪声放大器的输入电平要求为-60dBm, 反向隔离度为40dB，工作频段从1.8 GHz到2.0 GHz。

一般情况下，工程师设置网络分析仪：起始频率为1.8 GHz,终止频率为2.0 GHz,功率为-60 dBm,中频带宽为10kHz。完成设置后，按图5所示连接电子校准件（也可以使用机械校准件）进行双端口校准。然后按图6所示连接放大器，进行测量，测试结果如图7所示。可以看出，测试结果抖动非常大，出现了毛刺，这是实际应用中所不能接受的。

图5. 校准。& 图6. 测试。

图7. 优化前测量结果。

5. 对传统测试中存在问题的分析及解决方案

1) 校准功率电平比较低

校准是获取高精度测量结果的先决条件，如果校准精度差，绝对不可能得到比较高的测量精度，因此必须尽可能提高校准的精度。上面谈到校准本身也是一种测量过程，即用标准校准件测量网络分析仪自身系统误差。

安捷伦PNA-X内部信号源的功率范围从-30dBm到+13dBm或更高（最大功率输出取决于频段），由于PNA-X有65dB的源衰减器，因此功率电平最低可以到-95dBm。如果手动设置衰减器为30dB, PNA-X源的输出功率范围为从-60dBm到-17dBm。

使用网络分析仪非常重要的一点，如果网络分析仪衰减器不变，校准后，改变功率大小，基本上不影响测量精度。因此校准时，功率可以设置为-20dBm而不是-60dBm,这样可以提高校准精度。校准完成后，把功率设置为-60dBm,以便于满足LNA的测试条件。

完成双端口校准后，直通连接。功率为-60dBm与-20dBm的校准误差对比如图8所示。

图8. 功率不同时校准误差对比。

2) PNA-X端口2输出功率较低

PNA-X缺省模式下，端口1与端口2功率为耦合状态，因此端口2的输出功率也为-60dBm。由于校准为2端口校准，即使屏幕上不测试S12隔离度，网络分析仪后台也在测量S12，因为根据图3的公式或简化公式，放大器S21a需要S12m。网络分析仪在测试S12m时，由于端口2输出电平为-60dBm和隔离为40dB，到达端口1的功率为-100dBm,再经过端口1定向耦合器的15dB衰减的耦合壁到达A接收机的功率为-115dBm。-115dBm接近接收机的低噪，因此S12m的测量精度非常差，从而导致四个实际S参数的测试精度非常差。

网络分析仪的两个端口功率可以设置为非耦合状态，也就是端口2的功率可以与端口1的功率设置不一样。我们可以设置端口1输出功率-60dBm,端口2输出功率0dBm，这样可以保证S12m的测量精度, 从而使得4个S参数测量精度大大提高。

3) 校准时中频带宽值较大

由于校准是为了获得网络分析仪的系统误差，因此校准时，中频带宽建议设置为100Hz,完成校准后，为了提高测试速度，可以把中频带宽提高到10kHz或1kHz，这样的改变并不会明显改变校准的状态和影响测试结果。

解决上面三个问题后，重新进行校准和测量，测量结果如图9所示，可以看出抖动和毛刺现象不见了，测量结果比较理想。

图9. 优化后测量结果。

6. 总结

现代的LNA设计指标越来越好，优异的LNA性能对传统的参数测量方法提出了很大挑战，但是通过合理地设置网络分析仪以及优化校准过程，可以获得较高的测量精度。